La célula es una máquina térmica capaz de generar energía a temperatura y presión ambientales, hecho fundamental dada la fragilidad de las estructuras biológicas. Las células producen la mayor parte de su energía mediante procesos redox, en los que las moléculas que actúan como alimento son oxidadas, pierden electrones, que son ganados por otras moléculas con deficiencia electrónica.
Esta ganancia o pérdida de electrones generalmente se realiza mediante intercambio de radicales hidrógeno o iones hidruro. Son los coenzimas redox FAD (dinucleótido de flavina) y NAD+ (nicotinamida adenina dinucleotido) los encargados de eliminar hidrógenos de los sustratos, transformándose en FADH2 y NADH.
La transferencia de electrones entre moléculas libera energía, que se aprovecha para la síntesis de ATP, molécula transportadora de energía que suministra energía a los diferentes procesos celulares.
Se pueden clasificar los seres vivos según la forma de adquirir energía del entorno en autótrofos y heterótrofos. Los autótrofos que obtenen la energía del sol se llaman fotoautótrofos, mientras que los que la obtienen a partir de sustancias químicas se denominan quimiautótrofos. Los heterótrofos obtienen la energía por degradación de compuestos químicos orgánicos.
Existe un reducido grupo de seres vivos capaces de obtener energía tanto del sol como de compuestos orgánicos, llamados fotoheterótrofos (plantas carnívoras y algunos procariotas).
En última instancia, la mayor parte de los seres vivos obtienen su energía del sol. Los fotoautótrofos (organismos fotosintetizadores) toman directamente la energía del sol para transformar el CO2 en azúcares y otras biomoléculas, que a su vez serán fuente de energía de los organismos heterotrofos.
Como excepción, se pueden citar algunos organismos procariotas capaces de obtener energía por oxidación de sustancias inorgánicas (H2S, NO2-, H2), empleándola de igual modo en la conversión de CO2 en biomoléculas.